當我們在室外開車或者騎自行車時，我們已經習慣使用GPS來實現跟蹤和導航，但是當我們進入到一個較大型的室內空間，比如機場、會議大廳等，總的來說我們還在使用紙質地圖。為了能夠更進一步，Wi-Fi聯盟推出了互操作性認證項目使得Wi-Fi支持室內定位功能，Wi-Fi認證定位功能是基于IEEE 802.11-2016的精細時序測量(Fine Timing Measurement)通訊協(xié)議，為室內設備定位提供米級別（metre-level）的精確度。該功能支持使用Wi-Fi網絡的各種場景，比如室內導航、物品追蹤和網絡管理等。

本篇文章中我們將詳細探討WiFi定位協(xié)議是如何工作的，并且介紹在Imagination的Ensigma Explorer平臺上用于定位的硬件支持。

之前WiFi定位所采用的方法

到目前為止，WiFi室內定位還主要依賴于測量信號強度，通過測量信號強度的衰減或匹配接收信號強度的方式來實現對距離的估計。

然而信號強度的測量可變性非常大，限制了這些方法的精確度。為了獲得更好的精確性，我們需要對不同位置的信號強度進行采樣測量。這個過程非常明顯地耗費時間而且每次設備變換位置都需要重復采樣。

WiFi定位是如何工作的

WiFi信號以已知的速率在空氣中傳播——即光速。因此信號從一個熱點（AP）或者基站（STA）發(fā)出到被另一個AP或者STA接收之間的時間乘以光速就可以轉換為距離，這被稱為“飛行時間測量”。

“飛行時間”的測量方法所面臨的一個困難就是保證發(fā)射端與接收端設備的參考時鐘同步，誤差大約在1ns之內。這個問題通?？梢酝ㄟ^對“往返時間”的測量來避免。

實際上“往返時間”要比單程“飛行時間”多出幾個數量級，而且會隨著時間的推移而變化，這樣就使得原始測量的數據不準確。

? 如果基站（STA）也能夠測量精確的時間戳，它就可以確定所花費的時間，并且保證整個架構設計的精度在幾納秒以內。
? 如果這個協(xié)議支持在設備之間傳遞時間戳，那么涉及到的四個時間戳就可以匯集到一個設備節(jié)點處，然后進行計算處理。
? 距離的計算是根據四個時間戳（兩個時間之間的差值），一個設備應該將時間戳發(fā)送給另一個設備，然后第二個設備才能夠進行一定的計算。

新型的WiFi定位協(xié)議：精細時序測量

在這個新協(xié)議中，無線接入點（AP）會發(fā)送一幀數據，移動設備會接收這幀數據，同時移動設備會回復一個確認（ACK）響應，無線接入點會接收這個響應（ACK），最后無線接入點會發(fā)送一幀數據包含這兩個時間戳。

Ensigma Explorer硬件平臺支持精細時序測量協(xié)議

WiFi定位的精度與時間戳的精度相關（1ns相當于30cm的距離）。因此保證時間戳的精確就顯得非常重要。Imagination推出的Ensigma Explorer WiFi是一個非常高性能的互連IP，支持IEEE 802.11ac 2x2協(xié)議標準。這款IP能夠提供高精度的時間戳，對于保證WiFi定位測量的精確性至關重要。

高分辨率的定時器能夠非常精確的記錄WLAN數據包到達和發(fā)出的時間。48位的計數器也具有較高的分辨率，運行頻率在320MHz。計數器數據可以通過在軟件里面設置觸發(fā)寄存器或者通過硬件配置來獲取。

總結

目前無線網絡已經無處不在，人們對WiFi室內定位充滿了期待。來自MIT的研究團隊已經開始使用角度與飛行時間的結合來進行測量，精度保證在10厘米以內。Ensigma Explorer硬件平臺支持高精度定位測量，并且這個特性已經授權給我們的一個主要客戶，我們預計在不久的將來這個領域會變得非常重要。